气流床气化典型流程设备与操作

1.气流床的结构及特点
气流床气化温度高，碳的转化率高；单炉生成能力大；煤气中不含焦油，污水问题小；液态排渣，氧耗量随灰的含量和熔点的增高而增加；除尘系统庞大；废热回收系统昂贵；没处理系统庞大和耗电量大等特点[1]
1.1.德士古气化炉的结构及特点
1.1.1.结构流程
德士古气化炉是一种以水煤浆进料的加压气流床气化装置，可分为淬冷型和全热回收型。

气化炉是高温气化反应发生的场所，是气化的核心设备之一，其燃烧室为内衬耐火材料的立式压力容器，耐火材料用以保护气化炉壳体免受反应高温的着用。

壳体外部还没有炉壁温度监测系统，以检测生产中可能出现的局部热点。

随着工艺要求的不同，气化炉燃烧室可直接与激冷室相连，也可与辐射废锅相连。

在急冷流程中，燃烧室与激冷室一般连为一体，高温气体和熔渣经激冷环和下降管进入激冷室的水浴中。

激冷环位于燃烧室渣口的正下方，激冷水通过激冷环使下降管表面均匀地不上一层向下的水膜，即激冷了高温气体和熔渣，以保护了金属部件。

激冷环的作用非常重要，如果激冷水分布不好，有可能造成激冷环和下降管损坏或结渣，引起局部堵塞或激冷室超温。

[2]
1.1.
2.特点
反应区无任何机械部分，在反应区中留存的反应物料最
少；
由于反应温度很高，炉内设有耐火衬里；
在燃烧室的中下部，安装4支高温热电偶，调节控制反应物
料的配比；
在炉壳外表面装设表面测温系统，掌握炉内衬里的损坏情
况；
这种测量系统，将包括拱顶在内的整个燃烧室外表面分成
若干个测温区，通过每一小块面积上的温度测量，迅速指
出在壁炉外面上出现的任何一个热点温度，从而可以预示
路内衬里的侵蚀情况。

[3]
1.2.shell法结构及特点
1.2.1.结构流程
Shell气化装置得到核心设备是气化炉。

采用模式水冷壁形式。

主要由外筒和内内筒两个部分组成：包括模式水冷壁、环形空间和高压容器外壳。

内筒上部为燃烧室。

下部为熔渣激冷室。

因炉温高达1700℃左右，为了避免高温熔渣腐蚀及开停车时因温度和压力突变对耐火材料的应力破坏，故内筒采用水冷壁结构，在向火表面上涂有一层薄的耐火材料层。

正常操作时依靠挂在水冷壁上的熔渣层保护水冷壁[4]
1.2.2.特点
对煤种适应广，可使任何煤种完全转化；
能源利用率高，在典型的操作条件下，碳转化率高达99%。

合成气对原料煤的能源转化率为80%～83%。

此外尚有16%～
17%的能量可以利用而转化为过热蒸汽；
设备单位产气能力高；环境效益好；
气化炉采用水冷壁设计，寿命超过25年，解决了其他气化
炉内衬耐火高温蓉蚀成衬里寿命短的问题。

[5]
1.3.K-T法的结构及特点
1.3.1.结构流程
K-T气化炉结构，炉身是一个圆筒形，用锅炉钢板焊成双臂外壳，通常衬有耐火材料。

在内外壳的环隙间产生的低压蒸汽，同时把内壁冷到灰熔点以下，使内壁挂渣而起到一定的保护作用。

两个稍向下倾斜的喷嘴相对设置，一方面可以使反应区内的反应物形成高度湍流，加速反应；同时火焰对喷而不直接冲刷炉壁，对炉壁有一定的保护作用。

另一方面，在一个反应区未燃尽的喷出颗粒将在对面的火焰中被进一步气化，如果出现一个烧嘴临时堵塞时保证继续安全生产。

1.3.
2.特点
结构简单，为护方便；煤种范围宽；
煤气中不含焦油和烟尘，不产生含酚废水，煤气的净化工
艺简单，碳的转化率高于流化床气化工艺。

[6]
1.4.E-gas法的结构及特点
1.4.1.结构流程
E-gas气化炉由两段反应器组成，第一段是在高于煤的灰流动温度下操作的气流夹带式部分氧化反应器，操作温度为1300～1450℃.第一
段反应器水平安装，两端同时对称进料，熔渣从炉膛中央底部孔排至急冷区，经急冷并减压后从系统连续排入常压脱水罐；煤气经第一段中央上部的出气口进入第二段，第一段反应器内衬高温耐火砖。

第二段也是一个气流夹带反应器，垂直安装在第一段反应器的上方。

在第二段炉膛入口喷入第二段煤浆，通过喷嘴均匀注入来自第一段的热煤中，第二段喷入的水煤浆为总量的10％～20％。

1.4.
2.特点
采用两段水煤浆进料；
采用两段汽化，提高了煤气热值，降低了好氧，并使出口
煤气温度降低，省掉了庞大而昂贵的辐射废热锅炉，降低
了设备投入；
E-gas气化炉第一段气化温度为1371～1427℃，出口煤气温
度约为冷煤气效率的71％～77％；
喷嘴寿命一般为2～3个月，耐火砖寿命为2～3年，第二段
耐火砖寿命更长一些；
由于增加了第二段气化，延长了煤气在炉中的停留时间，
第二段出口温度高于1000℃，煤气中焦油及烃类物少；
第二段出口炉煤气经旋风除尘器分离下来的半焦，用水急
冷并减压后制成半焦浆液，再加入到第一段气化炉进料
中，提高了碳转化率和冷煤气效率。

[7]
1.5．对置多喷嘴的结构特点
1.5.1.结构流程
由工业气化装置界区来的煤浆经两级煤浆振动筛筛分后，贮存在煤浆槽内。

由空分装置来的液氧经液氧泵加压，送至液氧汽化器，汽化后分四路送中试装置气化炉的4个工艺喷嘴。

煤浆槽内的煤浆分别经4台高压煤浆泵加压后计量送至4个工艺喷嘴。

水煤浆与氧气一同通过工艺喷嘴进入气化炉，在气化炉内进行部分氧化反应，生成的粗合成气、熔渣并流向下进入气化炉激冷室，熔渣在底部水浴中激冷固化，由锁斗收集，定期排放。

粗合成气经脱氧水喷淋降温送洗涤塔洗涤除尘。

洗涤塔中部有一黑水引出管，含固量较低的黑水由此引出，经洗涤塔循环泵加压后送入激冷室，作为粗合成气的激冷水使用。

1.5.
2.特点
炉内温度分布均匀，炉膛内温度相差在50～150℃之间，由
于温差小，延长了炉内耐火砖的寿命；
有效成分高，碳转化率高达99%，通过撞击流强化了传质传
热过程，以提高气化效果；
采用预膜式喷嘴；
选用混合器-旋风分离器-泡罩塔组合方案，采用分级净
化，是一项高效、节能型工艺；
采用直接换热回收墨水热量，有利于解决换热器结垢问
题，提高传热效率。

[8]
2．水煤浆气流床的典型生产工艺
2.1.德士古气化炉的工艺流程
德士古加压水煤浆气化过程是并流反应过程，合格的水煤浆原料同氧气从气化炉顶不进入，煤浆由喷嘴倒入，在高速氧气的作用下雾化，氧气和雾化后的水煤浆在炉内受到高温衬里的辐射作用迅速进行着一系列的物理、化学变化：预热、水分蒸发、煤的干馏、挥发物的裂解燃烧以及碳的气化等。

气化后的煤气中主要是一氧化碳、氢气、二氧化碳和水蒸气，气体夹带灰分并流而下，粗合成气在冷却后从炉子的底部排出。

2.1.1.淬冷型气化炉
在淬冷型气化炉中，粗合成气经过淬冷管离开气化段底部，淬冷管低端侵没在意水池中。

粗气体经过急冷到水的饱和温度，并将煤气中的灰渣分离下来，灰熔渣被淬冷后截留在水中，落入渣罐，经过排渣系统定时排放，之后冷却了的煤气经过侧壁上的出口离开气化炉的淬冷段。

然后按照用途和所用原料，粗合成气在使用前一步冷却和净化。

2.1.2.全热回收型炉
在全热回收型炉中，粗合成气离开气化段后在合成器冷却器中从1400℃被冷却到700℃，回收的热量用来生产高压蒸汽。

熔渣向下流到冷却器被淬冷，经过排渣系统排出。

合成气由淬冷段底部送入下一工序。

2.2.德士古气化炉的工艺参数控制
水煤浆浓度：随着水煤浆浓度的提高，煤气中有效成分增
加，气化效率提高，氧气的消耗量下降。

一般要求用高浓
度水煤浆，浓度在65%～70%。

粉煤粒度：平均粒度约为43μm，最大力度小于300μm。

1. 氧煤比：氧煤比增大，碳的转化率也增大。

气化压力：最大压力可达8.0MPa，通常根据每期的最终用
途经过经济核算，选择合适的气化压力。

煤种的影响：煤灰分含量增大，氧消耗量增大，煤的消耗
量增大。

所以应选择活性好、灰熔点低（小于1300℃）的
煤，灰分含量一般应低于10%～15%。

[9]
2.3.德士古气化炉的工艺辅助装置
合成气洗涤塔：合成气洗涤塔的功能是清洗粗煤气。

工艺烧嘴：工艺烧嘴的主要功能是利用高速氧气流的动能，将
水煤浆雾化并充分混合，在炉内形成一股有一定长度黑区的稳
定火焰，为气化创造条件。

煤浆振动筛：煤浆振动筛的功能是及时筛出煤浆中的大粒度煤
粒。

磨煤机：磨煤机的作用是为得到指定煤浆浓度和粒度的水煤浆
成品。

煤浆泵：煤浆泵的作用是输送煤浆。

[10]
2.4 德士古气化炉工艺参数的影响
煤浆含水过多，蒸发需消耗大量热量，将导致炉温过低。

含水量过少，会使水煤浆沉降。

炉温主要是靠氧煤比来控制。

而要保持规定的炉温，势必
增大氧的消耗，否则，炉温低会使（CO+H2）含量和气化效
率降低。

气化压力是保证碳与气化剂的紧密接触。

压力过低气化流
速大，不利于煤气中灰渣分离，气化强度降低。

粉煤的粒度对碳的转化率有很大影响。

因为煤粒在炉内的
停留时间及气固反应的接触面积与颗粒大小的关系非常密
切，煤粒大的停留时间比颗粒小的短；另一方面，比表面
积又与颗粒大小呈反比，这双重影响的结果必然使小颗粒
的转化率高于大颗粒。

〔11〕
3.联想延伸思考
3.1 水煤浆气化工段与前后工段的关系
水煤浆气化之前的工段要调整好料浆的颗粒大小、水煤比等。

这些保证了气化工段的炉温、氧的消耗量、反应速率的正常运行。

而气化工段的正常运行有保证了下一工段产品的质量和废热的回收。

3.2.水煤浆气化工段与其前后工段对生产的影响
在气化之前的工段主要控制好水煤比和煤粒大小。

如果水煤比没有控制好，含水量过多，蒸发时要消耗大量能量，导致炉温过低；含水量过少，会使水煤浆沉降。

而煤粒过大，在炉内的停留时间短和比表面积大，转化率将降低。

而这些都会影响气化工段的氧煤比和气化压力，氧煤比氧含量降低则影响气化反应温度和碳转化率。

气化压力低时则影响碳与气化剂的接触。

气化工段的氧煤比和气化压力将影响后一工段的废热回收、煤气与灰渣的分离。

参考文献
【1】郭树才.煤化工工艺学[M] 北京：化学工业出版社，1992（5）.220
【2】谢克昌.房鼎业.甲醇工艺学[M] 北京：化学工艺出版社，2010(6) 35
【3】许祥静.煤气化生产技术[M] 北京：化学工业出版社，2010(8) 111～112
【4】陈五平无机化工工艺学[M] 北京：化学工业出版社，2002(4) 73【5】谢克昌.房鼎业.甲醇工艺学[M] 北京：化学工艺出版社，2010(6) 26～27
【6】许祥静.煤气化生产技术[M] 北京：化学工业出版社，2010(8）117～120
【7】许祥静.煤气化生产技术[M] 北京：化学工业出版社，2010(8）115～116
【8】许祥静.煤气化生产技术[M] 北京：化学工业出版社，2010(8）113～115
【9】彭建喜.煤气化制甲醇技术[M]. 北京：化学工业出版社，2010(9） 34～39
【10】许祥静.煤气化生产技术[M] 北京：化学工业出版社，2010(8）112～113
【11】陈五平无机化工工艺学[M] 北京：化学工业出版社，2002(4) 70。